模电直流稳电源设计

1、目录一、前言2二、设计任务2三、设计思路3四、方案选择44.1整流电路的选择44.1.1半波整流电路44.1.2全波整流电路54.1.3桥式整流电路64.2滤波电路的选择74.2.1电容滤波电路74.2.2电感滤波电路84.2.3复式滤波电路94.3稳压电路的选择114.3.1并联稳压电路114.3.2串联稳压电路114.3.3集成稳压器124.4电压扩展电路144.5电流扩展电路15五 稳压电路原理图及元器件的选择165.1电路原理图165.2元件的选择16六、设计体会17七、参考文献17一、 前言随着时代的发展，各种电子元件不断更新，为我们的生活带来了便利。我国电网采用的是220v交流电，

2、可以满足各种电器的使用。有时，由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常条件下都要求提供稳定的直流电能。为了得到稳定的直流电能，可以设计一种直流稳压电源。在生活中，有很多电器都需要较小的直流电压，而电网输出电压为220V，本次设计需要设计一种稳定的低压直流电压。把电网输出交流电压变成需要的低压直流电压，我们需要进行一系列的过程，可以通过变压器降压，通过整流、滤波、稳压等过程得到稳定的直流稳压电源。二、 设计任务（1）任务与要求设计制作可调直流稳压电源（2）主要技术指标与要求：输出直流电压±5可调；最大输出电流=1A；压系数Sr0.0

3、5；具有过流保护功能。具有电压扩展功能具有电流扩展功能三、 设计思路3.1变压电网提供的是频率50Hz、有效值为220V的单相交流电压，跟所需设计的电压差距比较大，需要通过变压器变为比较的的电压，而后再进行整流、滤波和稳压等来达到设计要求。3.2整流电路得到了较小的交流电压后，我们利用二极管或其他整流元件的单向导电性，将正负交替的正弦交流电压整流成单方向的脉动电压。3.3滤波电路经过整流后电压已经变成了直流电压，但此时的电压会具有脉动成分，使用滤波器尽可能的将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。3.4稳压电路当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，因此输出直流电

4、压将随之发生变化；当电网电压波动时，整流电路的输出电压与变压器的二次电压有关，所以也要相应的变化。此时需要稳压电路来得到更加稳定的直流电压，可以使用便捷的集成器来实现。四、 方案选择4.1整流电路的选择图4.1.1（b）图4.1.1（a）4.1.1半波整流电路工作原理：设变压器副边电压的有效值为U2。则其瞬时值 在的正半周，A点为正，B点为负，二极管导通，电流从A流出，经过二极管D和负载电阻流入B点，。在的负半周，B点为正，A点为负，二极管外加反向电压，因而处于截止状态，。负载电阻电阻的电压和电流都具有单一方向脉动的特性。主要参数：S越大脉动系数越大优缺点：半波整流结构简单，使用元件少。但输出

5、波形脉动大，直流成分比较低，变压器电路含有的直流成分容易饱和，适合用在输出电流较小、要求不高的场合。图4.1.2（b）图4.1.2（a）4.1.2全波整流电路工作原理：由于二极管的单向导电性，使变压器二次交流变成为负载两端的单向脉动电压。达到整流的目的。在变压器二次电压U2的正半轴，二极管ID1导通二极管ID2反向偏置，电流经过二极管流向负载，在RL上得到一个极性为上正下负的电压。在电压U2的负半轴，二极管ID2导通ID1反向偏置，电流经过二极管流向负载，在RL上得到一个极性为上正下负的电压。所以，在负载电阻RL两端得到的电压UO是单向的。优缺点：全波整流使交流电的两个半周期都得到了应用，利用

6、率比半波整流高，直流成分高，脉动成分小。但变压器需要中心抽头，制造麻烦，一般适用于输出电压小、要求不高的场合。图4.1.3（b）图4.1.3（a）4.1.3桥式整流电路工作原理：设变压器副边有效值为U2则瞬时值U2=2sint。当U2位正半周时，电流有A点流出，经过D1.RL.D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压即U0=U2，D2、D4管承受的反相电压为-2U2，当U2为负半周时，电流由B点流出经D2、RL、D4流入A点，负载电阻RL上的电压等于-U2，D3、D1承受的反相电压为2U2。由于D1、D3和D2、D4两队二极管交替导通，致使负载电阻RL上在U2的整个周期都有电流

7、（反向不变）通过。U0= 2U2sintU0（AV）0.9U2I0=0.9U2RLS=UOIMU0（AV）0.67 优缺点：四只二极管每两只轮流工作，完成了对支流电源的整流作用，输出为全波脉动电压。输出波形脉动较小，输出电压高，对二极管的要求低，但对于半波和全波整流电路来说结构较为复杂。结论：经过对以上电路的比较，我认为桥式整流电路能更好的满足设计要求，此次设计选择桥式整流电路。4.2滤波电路的选择图4.2.1（b）图4.2.1（a）4.2.1电容滤波电路图4.2.1（c）工作原理：在U2的正半周，D1、D2导通时，除了有一个电流i0流向负载外同时还有一个电流ic流向电容充电，电容电压Uc的极

8、性为上正下负，在二极管导通时Uc=U0=U2，当U2达到最大值时开始下降，此时电容上的电压Uc也由于放电开始下降，当Uc=U2时二极管D1、D2倍反向偏执，此时不导电，于是Uc以一定得规律下降。当u2的负半周幅值变化到恰好大于Uc时，D2、D4因加正向电压变为导通状态，Uc再次对C充电，Uc上升到u2的峰值后又开始下降；放电到一定数值时D2、D3变为导通，优缺点：电容滤波电路结构简单，外特性比较软，适用于负载电流变化不大的场合。采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流，所以需要选用较大容量的整流二极管。4.2.2电感滤波电路图4.2.2（a）图4.2.2（b）工作原理：当输出电流发生变

9、化时，L中将感应出一个反电动势，其方向将阻止电流发生变化。在半波整流电路中，这个反电势将整流管的导电角大于180°，但在桥式整流中D3和D4导电，变压器二次电压全加在D1和D2两端，使D1和D2反向偏置，每个导流管仍然导电180°。优缺点：由于电感的直流电阻比较小，电感上的直流压降较小，所以电容滤波电路的外部特性比较硬。电流波形比较平滑，避免了整流管中产生较大的冲击电流，所以适用于大电流负载。4.2.3复式滤波电路图4.2.3（a）（1）LC滤波电路工作原理：在电感滤波电路的基础上，再在RL上并联一个电容，电容C对交流接近于短路，总特性与电感滤波电路相近。特点：在负载电路较

10、大或较小时均有良好的滤波作用，也就是说LC滤波电路对负载的适应性比较强。（2）LC-型滤波电路图4.2.3（b）工作原理：在电容滤波的基础上再加上一级LC滤波电路，使滤波电路的输出波形更加平滑。优缺点：由于在输入端接了电容，因而数车直流电压u0提高了。但是整流管得冲击电路比较大，滤波电路的外特性比较软。（3）型滤波电路图4.2.3（c）工作原理：电阻对交流和直流成分均产生压降，所以会使输出电压下降，电容C1滤波后的输出电压绝大部分降在电阻RL上，RL越大，C2越大，滤波效果越好。特点：在电阻R上有直流压降，为此需要提供变压器的二次电压；而且，由于R上产生压降，外部特性会更软；整流管的冲击电路仍

11、然比较大。 性能类型适合场合整流管的冲击电流外特性电容滤波小电流大软电感滤波0.9大电流小硬LC滤波0.9适应性较强小硬型滤波小电流大软型滤波小电流大更软结论：经过比较后，我认为选择电容滤波对此次设计比较合适。4.3稳压电路的选择图4.3.14.3.1并联稳压电路工作原理：当电网电压升高时，稳压电路的输入电压UI随之增大，输出电压U0也随之按比例增大。具体关系如下所示电网电压UIUOIDZIRURUO优缺点：结构简单，使用元件少。稳压值取决于稳压管的稳定电压，适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。图4.3.24.3.2串联稳压电路电路组成：1、采样电阻 有电阻R1、R2、R3组成。当

12、输出电压发生变是，采样电阻对变化量进行采样，并传送到放大电路的反相输入端。2、放大电路 放大电路A的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管的基极。3、基准电压 基准电压由稳压管VDz提供，接在放大电路的同相输入端。采样电压与基准电压进行比较，得到的差值再由放大电路进行放大。4、调整管 调整管接在输入直流电压U1与输出端的负载电阻Rl之间，当输出电压Uo发生被动时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本上保持稳定。优缺点：输出电压在一定范围内可以调整，但所用元器件比较多。图4.3.3（a）4.3.3集成稳压器内部结构：1 调整管 在W7800系列中三端集成稳压器稳压电路

13、中，调整管为由两个三极管组成的复合管。这种结构要求放大电路用较小的电流即可驱动调整管发射极回路中较大的输出电流，而且提高了调整管的输入电阻。2 放大电路 在W7800系列三端集成稳压器，放大管也是复合管，电路组态为公射极接发，并采用有源负载，可以获得较高的电压放大倍数。3 基准电源 串联型直流稳压电路的输出电压U0与基准电压UZ成正比，因此，基准电压的稳压性将直接影响稳压电路输出电压的稳定性。在W7800系列三端集成稳压器中，采用一种能带间隙式基准电源，这种基准电源具有低噪音、低温漂的特点，在单片式大电流集成稳压器中被广泛应用。4 采样电路 在W7800系列三端集成稳压器中，采样电路由两个分压

14、电阻组成，它对输出电压进行采样，并送到放大电路的输入端。5 启动电路 启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，是调整管、放大电路和基准电源等部分建立起各自的工作电流。当稳压电路正常工作后，启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。6 保护电路 在W7800系列三端集成稳压器中，芯片内部集成了三种保护电路，它们是限流保护、过热保护和过压保护。现实应用：如图4.3.3（b）图4.3.3（b）优缺点：需要的元器件少，方便简洁，但电流电压稳定输出，不可调整。结论：经过比较后，我认为此次设计选择三端集成稳压器来稳压比较合适，能够满足本次设计的要求。经过整流、滤波和稳压电路的选择，我们可以设计出总原理图4.

15、3+5VW78055V5VW7805-5V图4.34.4电压扩展电路利用电阻来调节电压，如图4.4图4.4工作原理：假设流过电阻R1、R2的电流比三端集成稳压器的静态电流I（约为5mA）大得多，则可认为这种提高电压的电路比较简单。4.5电流扩展电路电路扩展如图4.5图4.4工作原理：采用外接电路来扩大输出电流，电路中接入一个二极管VD，用以补偿三极管的发射极电压UBE，调节电阻R的阻值可以改变流过二极管的电流，使二极管两端的电压UD UBE.接入二极管也补偿了温度对三极管UBE的影响，使输出电压比较稳定。五 稳压电路原理图及元器件的选择5.1电路原理图5.2元件的选择元件名称相关参数元件数量备

16、注变压器自耦变压器1二极管EK-046VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6滤波电容电解电容500f耐压20V2C1、C2三端集成稳压器W7805、W7905各一个三极管34063型2VT1、VT2电阻300欧2R1、R4300欧2R3、R6300欧可变电阻2R2、R5其余电容的选用电解电容033f耐压20V2CI、CI1电解电容1f耐压20V2C0、C01集成运放LM386N-42A、A1六、设计体会经过了一个星期的时间，我们完成了模拟电子技术直流稳压电源的设计。在设计过程中，我们对于变压器、整流电路、稳压电路等知识有了更加深刻认识，对自己的知识面再一次巩固与加强。在查阅资料的过程中，让我们对于模拟电子技术这门学科有了更深的理解，更是把所学知识与实际联系了起来，提高了思考与动手能力。当然，我们在设计过程中也遇到过困难，有过迷茫，发现了自己的不足，但通过与同学交流和老师的讲解，我们重新找回了设计思路。这使我们意识到自己不是